Система сухопутной подвижной радиосвязи (СПР) третьего поколения, 3G (международное название International Mobile Telecommunication - 2000 или IMT-2000), представляет собой глобальную систему мобильной радиосвязи общего пользования, которая будет состоять из нескольких международных, региональных и национальных сегментов с возможностью всемирного роуминга. Глобальное использование системы СПР 3G предусматривает необходимость строгой унификации ресурсов, стандартов и технологий, которые станут фундаментом будущего поколения телекоммуникаций.

На пути к IMT-2000

Вопросы, связанные с разработкой IMT-2000 и выделением частот для этой системы, с 1985 года рассматриваются Международным союзом электросвязи (МСЭ). В Европе стандартизацией системы с 1990 года занимается Европейский институт стандартов электросвязи (ETSI). В рамках Европейского союза система 3G получила название Universal Mobile Telecommunication System (UMTS), а технология радиоинтерфейса наземного сегмента системы UMTS стала называться UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA). В 1999 году основные региональные и национальные стандартизирующие организации всего мира в целях глобальной гармонизации различных систем 3G объединили свои усилия, создав Партнерский проект по системам 3G (3-rd Generation Partnership Project, или 3GPP).

До недавнего времени передача речи была основным видом услуг систем СПР и давала основную часть общесистемной загрузки. В результате появления дополнительных телекоммуникационных услуг, предоставляемых по стационарным сетям, резко возрос спрос на аналогичные услуги и в сетях подвижной связи.

Системы общего пользования 3G обеспечат широкий спектр услуг связи - и характерных для фиксированных широкополосных сетей (телефония, цифровая интеграция служб, передача мультимедиа и т. д.), и специфических, предназначенных для подвижных абонентов (глобальное позиционирование, локальные информационные сервисы и др.). Оконечное абонентское оборудование будет поддерживать доступ как к наземному, так и к спутниковому сегментам сети. Его намечено выпускать как в мобильном, так и в стационарном исполнении.

Основными факторами, обусловившими эволюцию существующих систем СПР общего пользования (второго поколения) к системам 3G, стали: рост потребностей в услугах высокоскоростной передачи данных и необходимость в повышении эффективности использования радиочастотного спектра (РЧС). Вопросы распределения частот будут рассмотрены в следующих разделах.

Требования к скорости передачи данных систем третьего поколения аналогичны тем, которые предъявлялись к цифровым сетям с интеграцией служб ISDN. В последних скорость 144 кбит/с является стандартной для каналов ISDN 2B+D, а в сетях IMT-2000 такое быстродействие предполагается реализовывать на уровне макросотов, обеспечивающих 100-процентное покрытие местности и обслуживание быстро передвигающихся абонентов (до 250 км/ч). В проводных сетях скорость 384 кбит/c используется для организации цифровых каналов ISDN H0 (6х64-килобитных каналов передачи данных), а в системах IMT-2000 соответствует уровню микросот, позволяющих добиться локального покрытия областей с высокими требованиями по загрузке трафиком и обслуживать абонентов со средними скоростями движения (более 10 км/ч). Скорость 2 Мбит/c принята для организации каналов ISDN H12 (30х64-килобитных каналов передачи данных), а в сетях 3G такое быстродействие будет присуще уровню пикосот отвечающих за радиопокрытие внутри зданий и обслуживание преимущественно стационарных абонентов.

«Корневые» полосы частот

В 1992 году на Всемирной административной конференции радиосвязи (ВАКР-92) для системы IMT-2000 было утверждено глобальное выделение диапазонов частот 1885-2025 и 2110-2200 МГц общей шириной полосы 230 МГц.

Полосы рабочих частот 1885-1980, 2010-2025 и 2110-2170 МГц были определены для наземного сегмента, а полосы 1980-2010 и 2170-2200 МГц для спутникового сегмента системы IMT-2000. Все они в настоящее время носят название «корневых» полос. Решением Европейского комитета радиосвязи (European Radiocommunications Committee - ERC) за наземным сегментом европейской системы 3G (UMTS) закреплены следующие участки частотного спектра: 1900-1980, 2010-2025 и 2110-2170 МГц (рис. 1). Полоса частот 1885-1900 МГц не выделена UMTS ввиду ее интенсивного использования в Европе цифровыми системами радиодоступа DECT. Таким образом, первоначально наземный сегмент системы UMTS получил 155 МГц частотного ресурса.

ERC признает, что для успешного внедрения UMTS в Европе производители оборудования и операторы должны быть уверены в достаточном инвестировании этой новой системы. Поэтому ERC считает, что национальным администрациям связи с самого начала необходимо выделить такой участок спектра, который обеспечит достаточное количество основных полос для большого числа коммерческих операторов, желающих предоставлять услуги третьего поколения. Соответствующее обязательство об этом было подписано 15 странами — членами СЕРТ (Европейской конференции администраций телекоммуникаций и почт, куда входит и Россия).

Дополнительные полосы частот для IMT-2000

Принятое ВАКР-92 распределение частотного ресурса IMT-2000 основывалось на приоритете услуг передачи речи и низкоскоростных данных. В настоящий момент важным направлением становится предоставление мультимедийных сервисов со скоростями передачи данных до 2 Mбит/с. В соответствии с этим возрастают требования к общей ширине полос, выделяемых для системы IMT-2000. Результаты оценки необходимого для системы IMT-2000 частотного ресурса по трем районам представлены в Отчете МСЭ (ITU-R TG8/1, ноябрь 1999 года). В данном документе отмечено, что к 2010 году системе IMT-2000 понадобятся дополнительно к определенным «корневым» полосам и спектру, используемому в настоящее время системами первого и второго поколений еще 160 МГц — для удовлетворения спроса на услуги 3G (см. таб.)

Концепция МСЭ по гармонизации частотного ресурса IMT-2000 является максимально гибкой и позволяет большую часть спектра, отведенного системам 3G, распределить глобально, а оставшуюся часть - по конкретным регионам. Частотный ресурс системы IMT-2000 должен состоять из «корневых» и дополнительных полос, максимально доступных во всех районах.

«Корневые» полосы (1885-2025 и 2110-2200 МГц) выделены для IMT-2000 для развертывания реальных систем 3G. Они определены глобально для всех администраций, планирующих внедрение IMT-2000.

Дополнительные глобальные полосы будут задействованы, когда «корневые» не смогут справляться с абонентским трафиком. В решении МСЭ высказано пожелание, чтобы до 2010 года все потребности, обусловленные объемом реального трафика, были удовлетворены за счет использования дополнительных глобальных и «корневых» полос. Часть данных полос должна применяться на основе гармонизированных принципов каналообразования для глобального роуминга (рис. 2).

Концепция гармонизации частотного ресурса IMT-2000

Региональные/внутрирегиональные полосы для различных районов могут различаться как по диапазонам, так и по ширине. Они могут использоваться либо для передачи значительного трафика в регионах с повышенной плотностью населения и темпами проникновения услуг IMT-2000, либо для организации стационарных сетей на базе систем IMT-2000.

Конкретные предложения по выделению полос расширения для наземного сегмента UMTS были выработаны Форумом UMTS в феврале 1999 года. В качестве таковых от стран CEPT рассматривались полосы 470-862, 880-915/925-960 МГц (диапазон действующих сетей GSM-900), 1710-1785/1805-1880 МГц (диапазон сетей GSM-1800), 1880-1900 МГц (диапазон сетей DECT), 2290-2300, 2520-2670 и 2700-2900 МГц.

Анализ документов МСЭ и CEPT показывает, что большинство национальных Администраций связи на начальном этапе развертывания сетей IMT-2000 предполагают использовать «корневые» полосы частот. Это сказалось на их позиции по отношению к распределению полос частот на Всемирной конференции радиосвязи ВКР-2000, прошедшей в мае 2000 года в Стамбуле.

На конференции было отмечено, что в силу технических причин весь необходимый для реализации услуг IMT-2000 ресурс должен быть найден в диапазоне частот ниже 3 ГГц. Некоторые национальные Администрации планируют задействовать для развития системы IMT-2000 полосы 698-806 МГц (есть страны, в которых эта полоса предоставлена сухопутной подвижной службе на первичной основе) и 2300-2400 МГц. Кроме того, в ряде стран рассматривается возможность использования части полосы 806-960 МГц, которая также отведена подвижной службе на первичной основе.

Во всех примечаниях указывается, что полосы расширения могут задействоваться любыми РЭС других служб, которым выделены эти полосы, без установления каких-либо приоритетов. Таким образом, национальные администрации связи могут с максимальной гибкостью планировать развитие в своих странах системы IMT-2000 в соответствии с имеющимся частотным ресурсом и темпами роста спроса на услуги систем 3G.

Использование «корневых» полос частот в России

Правовой основой использования частотного ресурса для систем СПР 3G являются следующие документы, принятые за последние годы Правительством Российской Федерации, ГКРЧ, Министерством связи и информатизации РФ.

1. Решение ГКРЧ от 27 июля 1998 г. «О прекращении планирования использования частотных присвоений РЭС фиксированной службы в полосах частот 1980-2010 и 2170-2200 МГц».

2. Приказ Госкомсвязи России № 20 от 2 февраля 1999 года «О развертывании работ по созданию в России систем сухопутной подвижной связи 3-го поколения».

3. Решение ГКРЧ от 22 февраля 1999 года «Об исследовании возможностей выделения и условиях высвобождения частотного ресурса в диапазоне 2 ГГц для развития в России систем подвижной связи 3-го поколения (с постановкой и проведением НИР)».

4. Решение ГКРЧ от 27 сентября 1999 г. (протокол № 17/4) «Об утверждении плана распределения и условий использования полосы частот 1600-4200 МГц радиоэлектронными средствами различного назначения».

5. Решение ГКРЧ от 27 марта 2000 года «О ходе реализации решения ГКРЧ от 22.02.99 «Об исследовании возможностей выделения и условиях использования частотного ресурса в диапазоне 2 ГГц для развития в России систем подвижной связи 3-го поколения».

6. Постановление Правительства Российской Федерации № 413 от 26 мая 2000 года «О сближении распределения и условий использования полос радиочастот в Российской Федерации с международным распределением полос радиочастот».

7. Приказ Минсвязи России № 104 от 23 июня 2000 года «О сближении распределения и условий использования полос радиочастот в Российской Федерации с международным распределением полос радиочастот».

8. «Концепция развития в России сотовых систем подвижной связи общего пользования на период до 2010 года» (принята ГКЭС 29.11.2000).

9. Решение ГКРЧ от 27 ноября 2000 года «Об уточнении использования полосы частот в диапазоне 1700-2100 МГц для работы РЭС фиксированной службы с учетом внедрения на территории Российской Федерации наземного сегмента систем UMTS в диапазоне 2 ГГц».

Вряд ли здесь стоит пересказывать их содержание, но даже из названия документов видно, что российская Администрация связи держит курс на унификацию использования частотного диапазона в соответствии с общеевропейскими принципами. Иного пути у нашей страны нет, так как отечественная телекоммуникационная отрасль (особенно сотовая связь) жестко привязана к зарубежным производителям оборудования, которые ориентируются на мировые стандарты.

Безусловно, высвобождение частотного диапазона, который сейчас занимают другие РЭС, представляет собой трудоемкую и дорогостоящую задачу. Однако это процесс эволюционный, не требующий немедленных инвестиций. Решение будет найдено постепенно,по мере формирования реального коммерческого спроса на услуги третьего поколения, сильно различающегося от региона к региону.

Регламентирующим документом является «Таблица распределения полос частот между радиослужбами Российской Федерации в диапазоне частот от 3 кГц до 400 ГГц». Анализ этой «Таблицы...» и вышеперечисленных документов показывает, что на территории Российской Федерации полосы частот 1885-2025 МГц и 2110-2200 МГц выделены для перспективного строительства сетей 3G, причем полоса 1885-2025 МГц имеет статус совместного использования с другими РЭС, а диапазон 2110-2200 МГц преимущественно будет задействован РЭС правительственного назначения.

Анализ загрузки полос частот, приведенный на схеме (рис. 3), показывает, что при внедрении в «корневые» полосы системы СПР 3G неизбежно возникнут проблемы обеспечения ЭМС с существующими РЭС следующих служб: фиксированной, воздушной радионавигационной, метеорологической спутниковой, подвижной спутниковой, космической эксплуатации и космической службы исследования Земли.

Необходимо отметить, что Решением ГКРЧ от 27 марта 2000 года признано возможным использование полос частот 1927,5-1932,5; 1932,5-1937,5; 1937,5-1942,5; 2015-2020; 2020-2025; 2117,5-2122,5; 2122,5-2127,5; 2127,5-2132,5 МГц для создания наземного сегмента опытных сетей подвижной связи 3G на территории Российской Федерации. Указанные участки спектра были определены в ходе исследований, проведенных НИИР совместно с ГСПИ РТВ и НИУ Минобороны России в соответствии с Приказом Госкомсвязи России от 2 февраля 1999 года.

В конце 2000 года начаты углубленные исследования возможности использования радиочастотного спектра для построения опытных зон наземного сегмента системы СПР 3G в полосах частот 1900-1980, 2010-2025 и 2110-2170 МГц в Москве и Санкт-Петербурге. Данная работа проводится по заказу Национальной Ассоциации операторов сетей связи третьего поколения в соответствии с техническим заданием на НИР «Разработка принципов создания в Российской Федерации сетей связи 3-го поколения на основе построения фрагментов опытной зоны UMTS в Москве и Санкт-Петербурге» и частным техническим заданием на НИР «Совместимость-Норма-3G».

Для опытных зон сетей 3G в Москве и Санкт-Петербурге выделены следующие номиналы рабочих частот:

  • четыре двойных номинала с интервалом 5 МГц для организации радиодоступа с частотным дуплексом FDD — 1930,0/2120,0 МГц (рабочая полоса 1927,5-1932,5/2117,5-2122,5 МГц), 1935,0/2125,0 МГц (рабочая полоса 1932,5-1937,5/2122,5-2127,5 МГц), 1940,0/2130,0 МГц (рабочая полоса 1937,5-1942,5/2127,5-2132,5 МГц) и 1965,0/2155,0 МГц (рабочая полоса 1962,5-1967,5/2152,5-2157,5 МГц);
  • два ординарных номинала с интервалом 4,8 МГц для организации радиодоступа с временным дуплексом ТDD — 2017,4 и 2022,2 МГц.

Указанные полосы частот обеспечивают работу четырех каналов с частотным дуплексом (FDD-режим) и двух каналов с временным дуплексом (TDD-режим). Общая ширина парных полос частот в режиме FDD составляет 40 МГц, непарных полос в режиме ТDD — 10 МГц. Таким образом, общий частотный ресурс, который может быть рекомендован к использованию на первом этапе развития опытных сетей 3G, составляет 50 МГц. Вместе с тем наличие в рабочем диапазоне частот какого-либо оператора полосы 2х10 МГц позволяет организовывать в режиме FDD двухуровневую структуру сети, в которой допустимо сочетание макросотового уровня либо с микросотовым, либо с пикосотовым. А наличие дополнительно еще одной непарной TDD-полосы дает оператору возможность предоставления услуг высокоскоростной передачи асимметричного трафика (до 2 Мбит/c в нисходящем потоке) в пикосотах.

Как видно, рекомендованного частотного ресурса в 50 МГц вполне достаточно для реализации двух полнофункциональных трехуровневых опытных зон (макросотов—микросотов—пикосотов) на одной лицензируемой территории. Этот принцип частотного планирования уже используется в Москве и в Санкт-Петербурге для определения условий взаимного сосуществования на одной территории двух сетей 3G, принадлежащих разным операторам.

Об авторах

Марк Быховский (bykhovski@caemc.ru) — руководитель Центра анализа электромагнитной совместимости НИИР (ЦАЭМС НИИР), Валерий Тихвинский (vtikhvinski@caemc.ru) и Сергей Дудукин (dudukin@caemc.ru) - сотрудники ЦАЭМС НИИР


Оценка требуемого частотного ресурса для IMT-2000 по трем районам земного шара
РайонIMT-2000 и системы 2-го поколения к 2001 г., МГцТребуемый частотный ресурс IMT-2000 к 2010 г., МГцДополнительный частотный ресурс IMT-2000 к 2010 г., МГц
1395555 (580)*160
2230390160
3320480160
* - по прогнозам UMTS Форума для наземного сегмента в 2010 г. потребуется 580 МГц.

вернуться

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями